BÀI 20: TÁCH KIM LOẠI VÀ VIỆC SỬ DỤNG HỢP KIM

1. NHẬN BIẾT (4 CÂU)

Câu 1: Phương pháp điện phân nóng chảy thường được dùng để tách những kim loại nào?

Trả lời:

Phương pháp điện phân nóng chảy được áp dụng để tách các kim loại hoạt động hóa học mạnh như K, Na, Ca, Mg, Al,...

Câu 2: Những kim loại hoạt động hóa học trung bình như Zn, Fe,... có thể được tách bằng cách nào?

Trả lời:

Phương pháp nhiệt luyện thường được dùng để tách các kim loại hoạt động hóa học trung bình như Fe, Zn,...: có thể dùng các chất như C, CO, H₂, Al,...tác dụng với oxide kim loại ở nhiệt độ cao, thu được kim loại.

Câu 3: Ví dụ về các hợp kim phổ biến và ứng dụng của chúng?

Trả lời:

Gang và Thép (hợp kim của sắt và carbon) : thép được sử dụng trong các công trình xây dựng, giao thông; gang cứng và giòn hơn thép, thường được dùng để đúc các chi tiết máy, ống dẫn nước,...

Nhôm (hợp kim của nhôm và đồng) được dùng trong ngành hàng không.

Đuy – ra (duralumin) (hợp kim của đồng và nhôm, manganese, magnesium,...) được dùng làm vật liệu chế tạo máy bay, ô tô

Câu 4: Trong quá trình sản xuất thép, người ta đã loại bỏ các bỏ các tạp chất C, Si, Mn,... tron gang bằng cách nào?

Trả lời:

Trong quá trình sản xuất théo, khí oxygen được thổi vào lò đựng gang nóng chảy ở nhiệt độ cao, đốt cháy các tập chất trong gang, còn các oxide dạng rắn sẽ tạo sỉ nhẹ, nổi lên trên thép lỏng và được tách ra để lấy thép.

2. THÔNG HIỂU (6 CÂU)

Câu 1: Tại sao người ta thường sử dụng hợp kim thay vì kim loại nguyên chất?

Trả lời:

Người ta thường sử dụng hợp kim thay vì kim loại nguyên chất vì một số lý do sau:

1. Tính chất cơ học cải thiện: Hợp kim thường có độ bền, độ cứng và độ dẻo cao hơn kim loại nguyên chất. Điều này giúp tăng khả năng chịu lực và kéo dài tuổi thọ sản phẩm.
2. Chống ăn mòn: Nhiều hợp kim được thiết kế để chống lại sự ăn mòn tốt hơn, giúp bảo vệ sản phẩm khỏi hư hại do môi trường.
3. Tính ổn định nhiệt: Hợp kim có thể giữ được tính chất vật lý trong một khoảng nhiệt độ rộng, điều này rất quan trọng trong các ứng dụng công nghiệp.
4. Dễ gia công: Một số hợp kim dễ dàng gia công hơn, cho phép sản xuất các hình dạng và kích thước phức tạp.
5. Tính chất điện và nhiệt: Hợp kim có thể được pha trộn để cải thiện khả năng dẫn điện và dẫn nhiệt, tùy thuộc vào mục đích sử dụng.
6. Chi phí: Sử dụng hợp kim có thể giảm chi phí sản xuất và nâng cao hiệu suất so với kim loại nguyên chất.

Câu 2: Ngoài phương pháp điện phân nóng chảy và nhiệt luyện, ta có thể sử dụng phương pháp nào để tách các kim loại hoạt động hóa học yếu ra khỏi dung dịch?

Trả lời:

Bằng phương pháp thủy luyện, các hợp chất hoặc hỗn hợp các kim loại hoạt động hóa học yếu như Ag, Au... được chuyển thàng muối tan. Sau đó dùng kim loại hoạt động hóa học mạnh hơn đẩy kim loại yếu ra khỏi dung dịch.

Câu 3: Quá trình nào thường được sử dụng để tách nhôm từ oxit nhôm (Al₂O₃) và tại sao?

Trả lời:

Quá trình điện phân nóng chảy được sử dụng để tách nhôm vì nó cho phép thu hồi nhôm với độ tinh khiết cao và hiệu quả, mặc dù tiêu tốn nhiều năng lượng.

Câu 4: Kim loại nào được tách ra từ quặng sắt (Fe₂O₃) và phương pháp tách kim loại này là gì?

Trả lời:

Sắt được tách ra từ quặng sắt bằng phương pháp khử trong lò cao, thường sử dụng than cốc để khử oxit sắt thành sắt kim loại.

PTHH: Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂

Câu 5 : Sự khác biệt giữa hợp kim và kim loại nguyên chất có ảnh hưởng như thế nào đến độ bền và tính dẻo của vật liệu?

Trả lời:

Độ bền: Hợp kim thường có độ bền cao hơn kim loại nguyên chất nhờ vào sự kết hợp của các yếu tố khác nhau.

Tính dẻo: Tính dẻo của hợp kim có thể được điều chỉnh để phù hợp với yêu cầu cụ thể của ứng dụng, trong khi kim loại nguyên chất có tính dẻo cố định hơn.

Câu 6: Tại sao hợp kim nhôm lại được ưa chuộng trong ngành hàng không và chế tạo ô tô?

Trả lời:

Vì nhôm và hợp kim của nhôm có đặc tính nhẹ giúp giảm khối lượng tổng thể của máy bay và ô tô, từ đó tăng hiệu suất nhiên liệu và khả năng mang tải. Bên cạnh đó, nó có khả năng chống oxy hóa tốt, giúp bảo vệ chúng khỏi sự ăn mòn trong môi trường ẩm ướt hoặc có muối...nên được dùng làm vật liệu chế tạo máy bay, ô tô

3. VẬN DỤNG (3 CÂU)

Câu 1: Tính khối lượng thép (chứa 0,1%C) thu được khi luyện 10 tấn quặng hematit (chứa 64% Fe₂O₃). Biết hiệu suất của phản ứng là 75% và giả sử trong thành phần thép chỉ chứa C và Fe.

Trả lời:

m_Fe2O3 = 6,4 tấn => n_Fe = 2n_Fe2O3 = 0,08 tấn mol

=> m_{Fe thực} = m_{Fe LT}.H%= 0,08.56.75% = 3,36 tấn

=> m_Thép = 3,363 tấn

Câu 2: Tính khối lượng sắt thu được khi 10 kg quặng sắt (Fe₂O₃) được nung với than cốc. Biết rằng hiệu suất phản ứng là 90%.

Trả lời:

n Fe₂O₃ = 62,5 mol

Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO2

62,5 mol → 125 mol

Theo phương trình, số mol Fe là: n_Fe = 62,5.2 = 125 (mol)

Khối lượng Fe là: m_Fe = n_Fe . M_Fe = 125 . 56 = 7000 g = 7 kg

Vì hiệu suất phản ứng là 90% nên khối lượng Fe thu được trong thực tế là:

m_Fe = 7 . 90% = 6,3 kg

Câu 3: Quặng nhôm có Al₂O₃ lẫn với các tạp chất là Fe₂O₃ và SiO₂. Hãy nêu phản ứng nhằm tách riêng từng oxit ra khỏi quặng nhôm.

Trả lời:

- Hòa tan hỗn hợp oxit bằng dung dịch kiềm, Al₂O₃ và SiO₂ tan:

Al₂O₃ + 2NaOH → 2NaAlO₂ + H₂O

SiO₂ + 2NaOH → Na₂SiO₃ + H₂O

+ Lọc thu được Fe₂O₃ không tan.

- Sục CO₂ dư vào nước lọc để tách được kết tủa Al(OH)₃

NaAlO₂ + CO₂ + 2H₂O → Al(OH)₃ + NaHCO₃

- Lọc kết tủa đem nung nóng thu được Al₂O₃.

Al(OH)₃ → Al₂O₃ + 3H₂O

- Dùng HCl tác dụng với nước lọc để tạo kết tủa H₂SiO₃.

2HCl + Na₂SiO₃ → 2NaCl + H₂SiO₃

- Lọc kết tủa nung nóng H₂SiO₃ thu được SiO₂

H₂SiO₃ → SiO₂ + H₂O

4. VẬN DỤNG CAO (2 CÂU)

Câu 1: Cho 4,958 L khí (đkc) CO đi qua ống sứ đựng 8g một oxide kim loại, nung nóng. Sau phản ứng thu được m gam kim loại M và hỗn hợp khí X có tỉ khôí so với hydrogen bằng 20. Tính giá trị m và xác định công thức oxide của kim loại M.

Trả lời:

n CO = 4,958 : 24,79 = 0,2 mol

Phản ứng:

số mol: a a.n 2a a.n

Vì hỗn hợp X có tỉ khối so với khí H2 bằng 20 nên MX = 40

bảo toàn khối lượng, ta có: m_CO + m_oxide = m_{kim loại} + m_X

→ 28.0,2 + 8 = m_{kim loại} + 40.0,2

→ m_{kim loại} = 5,6g

Vậy (2M + 16n).a = 8 (1)

M.2a = 5,6 (2)

Từ (1), (2) →n_a = 0,15

= =

Với n = 3 →M = 56 (Fe)

Vậy công thức oxide của kim loại M là Fe₂O₃.

Câu 2: Hợp kim A được tạo thành từ đồng và kẽm, trong đó đồng chiếm 60% về khối lượng. Hợp kim B được tạo thành từ đồng và thiếc, trong đó đồng chiếm 70% về khối lượng. Người ta trộn 100 gam hợp kim A với 200 gam hợp kim B để tạo thành hợp kim C. Tính thành phần phần trăm về khối lượng của đồng trong hợp kim C.

Trả lời:

Khối lượng đồng trong 100 gam hợp kim A là: 100 x 60% = 60 gam

Khối lượng đồng trong 200 gam hợp kim B là: 200 x 70% = 140 gam

=> Tổng khối lượng đồng trong hợp kim C là: 60 + 140 = 200 gam

Tổng khối lượng hợp kim C là: 100 + 200 = 300 gam

Thành phần phần trăm về khối lượng của đồng trong hợp kim C là: (200/300) x 100% = 66,67%